A
BCD
AEA
F CACFA AC

Liberec 2017 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

123456789A1BC8D41AEA1FC 8AC44F6AAC

EC C

Studijní program: N2301 – Strojní inženýrství

Studijní obor: 2302T010 – Konstrukce stroj1 a za2ízení Autor práce: Bc. Jan Švec

Vedoucí práce: Ing. Robert Voženílek, Ph.D.

1

123456789AB

Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se pln3 vztahuje zákon 4.

121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na v3domí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnit2ní pot2ebu TUL.

Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si v3dom povinnosti informovat o této skute4nosti TUL; v tomto p2ípad3 má TUL právo ode mne požadovat úhradu náklad1, které vynaložila na vytvo2ení díla, až do jejich skute4né výše.

Diplomovou práci jsem vypracoval samostatn3 s použitím uvedené literatury a na základ3 konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.

Sou4asn3 4estn3 prohlašuji, že tišt3ná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum: 23. 05. 2017

Podpis:

1 1

1

Pod1kování:

Rád bych zde v prvé 2ad1 pod1koval vedoucímu mé diplomové práce Ing. Robertu Voženílkovi, Ph.D. a konzultantovi Ing. Josefu B2ouškovi za 3as, zap4j3enou literaturu a cenné rady, které mi byly v1novány p2i 2ešení dané problematiky. Dále d1kuji celé své rodin1 a kamarád4m za podporu p2i studiu. Na záv1r bych rád pod1koval spole3nosti PTC za poskytnutí studentské verze konstruktérského programu Creo Parametric.

1

23456789ABCD19E5CBFBC19B1557BB1

!"# C

7B1F9BBCD19D451651CD1DC51C3456789ABC19E5CBFBC1 9B1557BB135177B19D451 51DC1C3456789ABC19E5CBFBC19B1 CBFB1 6155741 9BB51 57B1 DC1 8F51 C8!71 1 "2#1 $1 C1%541 &D51 51 C19D41 9BC5F51 BB1 41 E5'531 C3456789ABC41 9E5CBFBC41(67B 31557441CBF511

1

"3)BCD16BC*19E5CBFBC+1557BB7B+1557BB+1E531

1

#8767,51,5B-1.B1554741C54561

!!"#"!C

61&9B175661F561/71751F56,1B.118767,51,5B-1.B1 5547461C54561511B.1761/B1617B1F56,118767,51,5B-1.B1

1 C5451 /71 554741 FC51 61 9B9B61 /1 51 865F1 .B1 "2#1 $1 1

%554108751661B.1B7516B87B61B.18767,517666B61.B1 554741C545616195.B5F1

1

"51/BF6*17666B6+1554741B7B+1554741C545+1,516.71

1

&565717E3F131

294BC75*1$1C1%54+1087137B 3+1"75F1CBF511B7B41

&BB)5B*156781

94C31B)5319DC*1 1

1 1

81

123456

71:2;&117<1 51=>9?1:3@;A?13;$B93>C=1D%D"@;#;EF%G117H1 571$69BEDFD3143B1(67B 31557BB4117H1 551"B4594519BBB1(67B 31&C51I41D2J61F92187BB7C515,55,11781 5K1"B4594519BBB1(67B 31.12017L1 5K71201D547417/671E5117L1 5K51201D547419-51&C511561 K1IMD2;&;2"N1I@;1D%D"@;#;EF%N11551 K5123456789ABCD19E5CBFBC19B155741D9C15169B 11551 K571"B4594519E5CBFBC11551 K551M53115<1 K5K1D5,574D1()B671145BC1BFB4531CBB67115O1 KK123456789ABCD1I57BCD187B74D19E5CBFBC19B1D%#11581 KK71"574D1115J1 KK51IE5CBFBC19B1115L1 KKK1&41BF514316B867C11K61 K<135C5)3187B7BCD19E5CBFBC19B1D%#11KK1 KO1IE5CBFBC1C1557441CBF5416B8)6B671K<1

<12%93>?1>P2@=1IMD2;&;2"N11KO1

<71I571B7B8125B12018OQ811KO1

<51>C!5D1B459451869BEDFD3143B1(67B 311KH1

<K1"5741641C!519E5CBFBC11K81

<<1=431475671RBF1@9F161C!51=:11KJ1 O1";>3@$"D1IMD2;&;2"N11<71 O71&31C8!711#S156611<71 O51#546861E5311<51 OK1"B6784516E3119E5CBFBC11<51 O<1IE9B 531557BB7B411<<1 O<71>DC1716419511<O1 H1#"I19>9%C2913"M?>T1IMD2;&;2"N11<J1 H7129B)57154319E5D'5411B!651FB16E3111<J1 H77129B)57161C1B8541B5411<J1 H75129B)57154319B1 3F81C9E5F11O61 H7K129B)57154319B1 3F81CF11OK1

J1

H51#"I11F3416E3119B1 3F81C9E5F11OH1 H5712C5F531B BC419BF3511OH1 H5512C5F53171!8 34341611B57411O81 H5K1CB163711B5)419C411H61 H5<1@BB1C65F41#"I19B1 3F81C9E5F11H61 HK1#"I11F3416E3119B1 3F81CF11HK1 HK712C5F53171!8 34341611B57411H<1 HK51@BB1C65F41#"I19B1 3F81CF11H<1 J1&F3"$2D12C3%D&"G1#"I19>9%C2N11HJ1 L12P2T@11HL1 761F;29>P1%FD@9$@911861 771IM?%;=N11851 1

1

1 1

L1

Zna1ka Význam Jednotka

123456 referen1ní to1ivý moment kola 789

14563ABB3CDE referen1ní to1ivý moment lichého elektromotoru 789 145635F53CDE referen1ní to1ivý moment sudého elektromotoru 789

 polom2r korunového kola 9

E polom2r satelitu 9

 polom2r vstupního kola 9

 polom2r centrálního kola 9

 úhlová rychlost korunového kola 8 ^

E úhlová rychlost satelitu 8 ^

 úhlová rychlost vstupního kola 8 ^

 úhlová rychlost centrálního kola 8 ^

_ pom2r _ ku _ pro 1° 

 pom2r  ku  pro 2° 

q zobecn2ná sou3adnice 

 úhel pooto1ení centrálního kola !"

 úhel pooto1ení korunového kola !"

3# úhlová rychlost vstupního 1lenu 8 ^

3A$% úhlová rychlost výstupního 1lenu 8 ^

& první p3evodový pom2r 

& druhý p3evodový pom2r 

&' p3echodový p3evodový pom2r 

(D úhlové zrychlení elektromotoru 8 ^

1D elektromagnetický to1ivý moment motoru )8 *

761

1B1 hnací moment motoru 789

+_D moment setrva1nosti elektromotoru ,-8 *

.B ekvivalentní torzní tuhost _{/8 *8 }^

0B ekvivalentní torzní tuhost _{/8 *8 }^

D úhel pooto1ení motoru !"

3# úhel pooto1ení vstupního 1lenu !"

L1 Lagrangeova funkce 

T kinetická energie 1

V potenciální energie 1

2₃^455637 nekonzervativní aplikované momenty 

893 virtuální posunutí 

:3# moment setrva1nosti vstupního 1lenu ,-8 *

:3A$% moment setrva1nosti výstupního 1lenu ,-8 *

: moment setrva1nosti centrálního kola ,-8 *

: moment setrva1nosti korunového kola ,-8 *

:E3# moment setrva1nosti vstupního satelitu ,-8 *

:E3A$% moment setrva1nosti výstupního satelitu ,-8 *

*E3# hmotnost vstupního satelitu ;<

*_E3A$% hmotnost výstupního satelitu ;<

= sou1initel viskózní t3ení na centrálním kole 

= sou1initel viskózní t3ení na korunové kole 

16 sou1initel Coulombova t3ení na centrálním kole 

16 sou1initel Coulombova t3ení na korunové kole 

1A výstupní to1ivý moment z p3evodovky 789

771

1> brzdný moment na centrálním kole 789

1> brzdný moment na korunovém kole 789

?> koeficient t3ení mezi deskami 

/> normálná t3ecí síla p4sobící na lamely 7

/> síla p4sobící na pás 7

@ polom2r bubnu 9

?@ koeficient t3ení mezi bubnem a pásem 

@ úhel opásání !"

A rychlost vozidla ;9BCD"

r polom2r kola 9

E3 to1ivý moment 789

FD otá1ky elektromotoru *GF^

ECD to1ivý moment motoru 789

G7 celkový p3evodový pom2r 

H3 síla na kolo 7

I celková p3edpokládaná ú1innost p3evodovky 

JF síla odporu vzduchu vozidla 7

K hustota vzduchu ,-8 *^L

MN sou1initel odporu vzduchu vozidla 

O_N 1elní plocha vozidla *

J6 síla odporu valení vozidla 7

f sou1initel odporu valení 

m hmotnost vozidla ;<

g tíhové zrychlení *8 ^

b ší3ka pera 9

751

h výška pera 9

P5 délka pera 9

P5Q# minimální délka pera 9

E3Q4N maximální to1ivý moment elektromotoru 789

R@ dovolený tlak ST!

5 pr4m2r h3ídele 9

U_V nap2tí ve smyku ST!

H% obvodová síla v ozubení 7

A polom2r rozte1né kružnice ozubeného kola 9

H4 radiální síla v ozubení 7

W_ záb2rový úhel v normálné rovin2 X

Y úhel sklonu ozubení X

H4 axiální síla v ozubení 7

_Z[\Q_][\1 Reakce v uložení ve sm2ru osy x v místech A až F1 7¹

Z^_\Q]^_\1 Reakce v uložení ve sm2ru osy y v místech A až F1 7¹

Z__\Q]__\1 Reakce v uložení ve sm2ru osy z v místech A až F1 7¹ HZE` Axiální síla v ozubení SP pro za3azený 1° 7 HaE` Radiální síla v ozubení SP pro za3azený 1° 7 H'E` Obvodová síla v ozubení SP pro za3azený 1° 7

 polom2r ozubeného kola 1° na vstupu 9

 polom2r ozubeného kola 1° na výstupu 9

E` polom2r ozubeného kola SP na vstupu 9

E` polom2r ozubeného kola SP na výstupu 9

1

1 1

7K1 1

1

ELM Elektromobil

ASM Asynchronní elektromotor

PSM Synchronní elektromotor s permanentními magnety

SM Spalovací motor

EMS Energy management system

HÚ Hnací ústrojí

MQ200 Mechanische Quer 200

DSG Direktschaltgetriebe

IAV Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr

ZF Zahnradfabrik

SP Stálý p3evod

1 1 1 1 1 1 1 1 1

7<1 1

1 1

76891A6

Pohon osobních vozidel elektromotorem se v sou1asné dob2 stává významnou konkurencí pohonu b2žným spalovacím motorem a 3ada výrobc4 jej za1íná za3azovat do sériové výroby, a1koli spalovací motory dnes již díky jejich technickému vývoji nejsou pro životní prost3edí tak významnou zát2ží jako v minulosti, je však t3eba po1ítat s jejich omezením z hlediska zmenšujících se sv2tových zásob ropy. Pohon elektromotorem disponuje 3adou výhod. Mezi výhody ve srovnání s pohonem spalovacím motorem m4žeme za3adit jednoduchost elektromotoru a jeho dlouhou životnost bez nutnosti údržby. Mezi p3ednosti elektrického pohonu také pat3í skute1nost, že k p3enosu hnacího momentu nepot3ebuje p3evodovku. Tento fakt vyplývá z charakteristiky elektromotoru, která teoreticky zaru1uje maximální to1ivý moment již od nulových otá1ek. Ú1innost HÚ s elektromotorem se však v závislosti na otá1kách m2ní. Pohybuje se v rozmezí hodnot lehce p3evyšujících 90% a klesá až k 60%, nižší ú1innosti dosahuje hlavn2 p3i nízkých otá1kách. Z tohoto d4vodu je vhodné zajistit, aby elektromotor pracoval v optimálních otá1kách v co nejvyšší mí3e. 5ehož m4žeme docílit p3idáním vícestup6ové p3evodovky do pohonné soustavy ELM. Optimalizaci HÚ m4žeme provést více zp4soby z hlediska koncep1ního uspo3ádání p3evodovky.

Energii, ušet3enou lepším využitím ú1innosti HÚ, m4žeme poté využít v prodloužení dojezdové vzdálenosti vozidla, nebo na snížení hmotnosti baterií. Mezi nevýhody tohoto pohonu pat3í práv2 nižší dojezdová vzdálenost, ta závisí hlavn2 na bateriích a jejich kapacit2. Použití p3evodovky má ale i další výhody. Elektromotor pohonného ústrojí nemusí být, díky ní tak robustní, nebo7 nám p3evodovka násobí to1ivý moment. Motor bude také pracovat déle v optimálních otá1kách a následkem lepšího pracovního režimu bude docházet k menšímu opot3ebení pohonné soustavy. V sou1asné dob2 jsou na trhu nejvíce zastoupeny elektromobily s jednostup6ovou p3evodovkou, které se hodí spíše pro m2stský provoz. Pokud bychom cht2li automobil využívat i mimo m2sto p3estává být jednostup6ová p3evodovka ú1elná, protože nedokáže držet motor v optimálních otá1kách. Zvýšením po1tu p3evodových stup64 m4žeme zajistit prodloužení dojezdové vzdálenosti až o 20%. Podle firmy ZF stoupne po1et p3evodových stup64 v p3evodovkách elektromobil4 v následujících letech na 3-4 p3evodové stupn2. [1]

7O1

První 1ást této práce si klade za úkol uvedení do problematiky pohonných ústrojí elektromobilu, a tvorbu analýzy p3evodovek a jejich parametr4 v sou1asných elektromobilech. Dále provedeme rešerši hnacích ústrojí r4zných uspo3ádání, které jsou pro ELM v sou1asnosti ve vývoji. Další 1ást práce se bude zabývat vlastním návrhem a konstrukcí vícestup6ové p3evodovky pro využití v elektromobilu s elektromotory zadaných parametr4. Od návrhu o1ekáváme zlepšení práce motoru v optimálním rozsahu otá1ek. V poslední 1ásti provedeme zhodnocení dosažených výsledk4 a navrhneme z toho vyplývající úpravy a p3ípadná vylepšení.

1234567879A2BCDEBAFB

7H1

B6CDEF68161EDFC6116

Charakteristickým rysem elektromobilu je elektrické pohonné ústrojí, které nevytvá3í žádné emise a neprodukuje vibrace 1ehož d4sledkem je nízký hluk. Má se za to, že p3echod od pohonného ústrojí se spalovacím motorem na elektrické, nelze dosáhnout pouhým nahrazením spalovacího motoru elektromotorem a palivové nádrže bateriemi. Struktura hnacího ústrojí ELM musí být navržena s využitím za3ízení pro jeho efektivní ovládání. Tento požadavek souvisí s postupným nahrazováním mechanických struktur v ovládání vozidla systémy elektronickými. V této souvislosti je pro zvýšení ú1innosti d4ležité ovládání toku energie v reálném 1ase p3i zrychlení nebo brzd2ní automobilu. Pro svou vysokou ú1innost a nízkou hmotnost se jako pohonná jednotka v dnešních elektromobilech nej1ast2ji používá t3ífázový synchronní elektromotor s permanentními magnety. [2] Tento trend se však v pohonných jednotkách vyvíjených v sou1asné dob2 obrací spíše ve prosp2ch asynchronního elektromotoru, a7 už z ekonomických 1i technických d4vod4.

B763 !"#$#%&65%4'&5!6(3)*!+&6,-,.)*!/!20-16

V závislosti mechanických struktur a po1tu použitých motor4 lze pohonná ústrojí ELM rozd2lit do šesti možných konfigurací a dvou t3íd podle po1tu motor4. Tato uspo3ádání jsou uvedena na obrázku 2. Z hlediska rozd2lení do t3íd konfigurace a – c používají jeden motor, který poskytuje hnací sílu na kola p3es mechanické 1leny. Toto uspo3ádání je podobné pohonnému ústrojí s klasickým spalovacím motorem.

9634BBB6BA275AB57A7B87835BB47BB754 B323456787576B!"#

781

Konfigurace d - f používají motory dva. Výhodou, za cenu složit2jšího elektronického 3ízení, je zkrácení cesty toku výkonu p3es mechanické 1leny. [3]

Pohonný systém ELM pro konfiguraci (a) se skládá ze t3í 1ástí, kterými jsou diferenciál, p3evodovka, spojka a elektromotor. Tato koncepce je totožná s koncepcí pohonu klasickým spalovacím motorem, který je zde nahrazen elektromotorem.

Konfigurace (b) postrádá p3evodovku a spojku, vysta1í si pouze se stálým p3evodem a diferenciálem, což tuto soustavu zjednodušuje a zmenšuje její zástavbové rozm2ry.

Absencí p3evodovky se nám také sníží hmotnost celé soustavy. Jsou zde však kladeny vyšší nároky z hlediska velikosti a pr4b2hu to1ivého momentu na elektromotor.

Konfigurace (c) je oproti konfiguraci (b) ješt2 kompaktn2jší. Pohonnou jednotku tvo3í motor s vestav2nou jednostup6ovou p3evodovkou a diferenciálem. Konfigurace s použitím dvou elektromotor4 (d) postrádá mechanický diferenciál, který je nahrazen elektronickým 3ízením otá1ek obou kol. Mezi motorem a kolem je zde použit mechanický p3evod. Následující uspo3ádání (e) je obdobné jako uspo3ádání bez diferenciálu. Motor a mechanický p3evod je zde však sou1ástí kola. Poslední uspo3ádání (f) je zcela bez mechanické vazby, oba elektromotory jsou umíst2ny p3ímo v kolech vozidla. Rychlost vozidla zde závisí p3ímo na otá1kách elektromotoru.

BB6!%', ',6 !5!%%25!6(3)*!+&6A*03,644'69566E9647)!/!)03,6,%80%,,*0%86 Firma IAV [4] vyvinula své HÚ v konfiguraci s motorem, dvoustup6ovou p3evodovkou a diferenciálem dle obrázku 2 (c). Cílem p3i vývoji hnacího ústrojí IAV Drive Pac EV80 bylo vytvo3ení pohonu, který bere v úvahu reálné prost3edí jízdy osobního automobilu, a7 už jde o r4zná stoupání, klesání, akceleraci, brzd2ní nebo jízdu maximální rychlostí vozidla. Elektrické pohony se stálým p3evodem mají omezený rádius

9634B"BB$7%&'B '7B(567)'B1*DB!+#B

7J1

použití, zejména, co se týká jízdy v kopcovitém terénu a pot3eby využití maximálního výkonu. To je d4vod pro1 je pohonné ústrojí IAV Drive Pac EV80 navrženo s dvoustup6ovou p3evodovkou. A1koliv v2tšina sou1asných ELM využívá synchronní motor, zde je využit asynchronní induk1ní motor o stálém výkonu 50 kW a maximálním výkonu 80 kW. Motor poskytuje kontinuální to1ivý moment 150 Nm, a v p3ípad2 pot3eby maximální to1ivý moment 300 Nm. Výhody tohoto motoru, oproti synchronnímu s permanentními magnety, spo1ívají v robustnosti jeho konstrukce a snadnému vy3azení z provozu pokud nastane porucha, m4žeme motor snadno deaktivovat vypnutím st3ída1e elektrického proudu.

Dvoustup6ová planetová p3evodovka umož6uje dosáhnout moment p3enášený na kola až 3000 Nm, p3itom jsou sou1asn2 omezeny otá1ky motoru na 8000 *GF^. Diferenciál této pohonné jednotky je optimáln2 zabudován uvnit3 elektromotoru. Celkový p3evodový pom2r je dosažen rozvodovkou s 1elním ozubením, která je umíst2na pod diferenciálem a je adaptabilní pro pot3eby konkrétních aplikací.

9634B+BB$7%&'B '7B(567)'B&23B,-.B!/#

9634B/BB$77B)3&754B,-.B!/# 9634B0B1B$%37&7B(567)'BB32345678757638B!/#

7L1

Oproti 1ist2 souosému, p3ináší toto 3ešení mnoho výhod. Výstupní osa se m4že ve vztahu k celkové ose pohonné jednotky otá1et, takže je mnohem snazší dodržet limit sv2tlé výšky bez dalšího omezení jednotky. Ovládaný hydraulický modul s integrovaným elektrickým olejovým 1erpadlem poskytuje, tlak a objemový tok, pot3ebný pro obvody, které se odd2lují od hlavního ovládacího ventilu pro mazání, chlazení, a ovládání.

Tato pohonná jednotka m4že být použita pro vozidlo s 1ist2 elektrickým pohonem se zásobníkem energie v podob2 baterií nebo palivových 1lánk4. Lze ji také využít u hybridních vozidel jako pohon pro jednu z náprav.

B96!%', ',6 !5!%%25!6(3)*!+&6:0*/;6<=6

Firma ZF se v segmentu elektromobility soust3edí na vývoj více koncept4 elektrických pohonných jednotek. Pat3í sem Electric Twist Beam pro malá vozidla do m2stského provozu, který využívá nápravu pohán2nou dv2ma elektromotory s p3evodem v kolech automobilu podle obrázku 2 (e). Dále firma pracuje na modulární pohonné jednotce Electric Axle Drive použitelné pro b2žné osobní automobily. Tato pohonná jednotka využívá uspo3ádání podle obrázku 2 (c). ZF pracuje také na elektrických pohonných jednotkách pro zem2d2lské stroje, nákladní a autobusovou dopravu. Do této kategorie pat3í pohonná jednotka AVE 130. V zásad2 jde o stejný princip uspo3ádání jako Electric Twist Beam, tedy náprava pohán2ná dv2ma elektromotory. [5]

B976<=6-,')*0'6)>03)6,4/6

Tento koncept je vhodný pro malé moderní m2stské automobily. Na zadní náprav2 s polo nezávislým zav2šením kol jsou umíst2ny dva elektromotory každý o výkonu 40 kW. Tento pohon integrovaný do zadní nápravy p3ináší spoustu výhod v podob2 úspory zástavbového místa v automobilu. Motory vytvá3í na náprav2 to1ivý moment 1 400 Nm a m4žeme dosáhnout maximálních otá1ek 21 000 *GF^. Umíst2ní motor4 na pravé a levé kolo umož6uje nezávislé rozd2lení síly na ob2 kola podle pot3eby. Vozidlo je schopno dosáhnout maximální rychlosti 150 km/h. Tato zadní náprava umož6uje také natá1ení kol, což usnad6uje manévrování p3i nízkých rychlostech. Dále také zlepšuje dynamickou 3iditelnost a zvyšuje bezpe1nost 3ízení p3i vysokých rychlostech. [6]

561 B9B6<=6-,')*0'6E?-,6A*03,6

Electric Axle Drive [7] je založen na modulárním p3ístupu podobn2 jako koncept firmy IAV popisovaný v kapitole 2.2. Pohonná jednotka je op2t umíst2na ve st3edu nápravy a lze ji použít pro r4zné kategorie osobních vozidel, od kompaktních voz4 až po lehce užitkové. Tento pohonný systém m4že být využit pro hybridy nebo pln2 elektrická vozidla, a7 už s bateriemi nebo palivovými 1lánky. Hnací modul je op2t osov2 paralelní a využívá asynchronní elektromotor, jedno rychlostní p3evodovku s diferenciálem, chladicí jednotkou a výkonovou elektronikou v1etn2 softwaru. Motor a p3evodovka sdílejí jednu sk3í6, což zjednodušuje výrobu a kone1nou montáž. Systém generuje výkon až 150 kW a to1ivý moment 380 Nm, který je na náprav2 p3em2n2n na 3 500 Nm. Celý pohonný modul váží kolem 113 kg. Zástavbové rozm2ry této pohonné jednotky jsou vcelku kompaktní o rozm2rech 450 x 380 x 510 mm (š x h x v). Výhodou ASM motoru oproti PSM je absence drahých magnetických materiál4, jako jsou neodym nebo dysprosium, jejichž cena a dostupnost na sv2tových trzích velmi kolísá, což není pro hromadnou výrobu motor4 p3íznivé. ASM motor má také v2tší rozsah mezi konstantním a špi1kovým pásmem výkonu, které lépe využijeme pro krátkodobé požadavky na vysoký výkon. Otá1ky 13 000 *GF^ , kterých je motor schopen dosáhnout, kladou vysoké nároky na p3evodovku a její hlu1nost. Pro snížení hluku jsou v p3evodovce dva páry osov2 paralelních 1elních ozubených kol, které ve dvou stupních snižují otá1ky na

9634B2BB$6B123 56A B34A5BC38BA685B67B!2#

571

výstupní h3ídel s celkovým p3evodovým pom2rem 9,6 : 1. Optimalizované ozubení snižuje nejen hluk, ale také vykazuje velmi vysokou ú1innost v širokém provozním rozsahu. Tento inovativní návrh je dopln2n systémem chlazení, který chladí 3ídicí elektroniku i elektromotor této pohonné jednotky.

Díky integraci 3ídicí elektroniky do této elektrické pohonné jednotky se poda3ilo vy3ešit problém se spoluprací elektromotoru a 3ídicí elektroniky, se kterým se potýkají pln2 elektrická vozidla. 8ídicí elektronika p3evádí stejnosm2rný proud baterie na st3ídavý proud pot3ebný pro elektromotor. V rámci tohoto procesu vznikají p3i jízdním cyklu velké ztráty energie. Tyto ztráty dokáže tato pohonná jednotka za pomocí elektroniky snížit.

Pokud se zvyšuje ovládací nap2tí, dokáže 3ídicí elektronika pomocí speciálních modula1ních postup4 snížit proud motoru, aniž by se snížil jeho výkon. Tento proces výrazn2 zvyšuje ú1innost celé pohonné jednotky a tím dojezd automobilu.

1

1 1

9634B8BB$77B)3&754B67B-923B:6A3B!8#B

551

964@91A19A641611A6

Mezi hlavní funkce p3evodového ústrojí ELM pat3í možnost zm2ny p3evodového pom2ru a momentu vp3ed, p3enos mechanické energie na kolo s co nejv2tší ú1inností a rozd2lení energie v ur1itém pom2ru rychlostí na kola. [8] Sou1asné studie zkoumají použití vícestup6ové p3evodovky pro ELM. Vícestup6ové p3evodovky jsou považovány za jednu z nejslibn2jších možností pro využití to1ivého momentu elektromotoru v širším spektru otá1ek a zlepšení ú1innosti pohonného ústrojí. V této kapitole se budeme zabývat rozborem vícestup6ové automatické p3evodovky pro elektrické nápravy bez spojky [9], planetové [10] a sekven1ní [11] automatické p3evodovky pro využití v ELM.

V záv2ru krátce nastíníme sou1asný stav p3evodovek v ELM, které jsou dnes v prodeji.

9B69&',3)7 B!3#6 ",3!$!3.46 *!6,-,.)*0'.26%# *43;62,C63 !+.;6

Koncept pohonného ústrojí umíst2ného v náprav2 u kola vozidla zvyšuje flexibilitu uspo3ádání vozidla. Typická charakteristika to1ivého momentu a výkonu v závislosti na otá1kách podle obrázku 1 se skládá z oblasti konstantního momentu, kterou následuje oblast konstantního výkonu. Oblast konstantního to1ivého momentu se rozkládá v malém rozsahu otá1ek, proto je v2tší 1ást p3evod4 umíst2na do oblasti konstantního výkonu.

P3evodové stupn2 umíst2né v oblasti konstantního výkonu jsou nevýhodné z hlediska akcelerace a ovládání vozidla (trhání vozidla p3i p3e3azování), což by p3edstavovalo pro vícestup6ovou p3evodovku zna1nou nevýhodu. P3evodovka pro bezproblémové 3azení p3evodových stup64 má pro ELM velký význam. V tomto ohledu je zde navržen koncept pohonného ústrojí se dv2ma elektromotory. Každý z elektromotor4 m4že být p3ipojen na jeden ze dvou p3evod4, z 1ehož vznikne dev2t r4zných provozních stav4 dle obrázku 8.

Koncepce m4že využívat spalovací motor pro nabíjení baterií, nebo pokud zavedeme t3ecí spojku, m4že být spalovací motor p3ipojen nebo odpojen z pohonné soustavy a vznikne nám hybridní koncepce vozu. Toto uspo3ádání pohonného systému m4že mít ur1ité výhody oproti hnacímu uspo3ádání s jedním elektromotorem.

9B76!%', ',6 ",3!$!3.;6

Na obrázku 8 vidíme schéma elektrického p3evodového ústrojí v1etn2 nové p3evodovky. Toto schéma se vyzna1uje lichým elektromotorem, který je p3ipojen k liché primární h3ídeli a p3es zubovou spojku je za3azen bu9 1. nebo 3. p3evodový stupe6 a sudým elektromotorem, který je p3ipojen k sudému primárnímu h3ídeli a pomocí zubové spojky je za3azen bu9 2. nebo 4. p3evodový stupe6. 8azení p3evodových stup64 m4že

5K1

být realizováno pomocí 3ízení to1ivého momentu elektromotoru a pozice elektromechanických zubových spojek. Vysoká úrove6 3iditelnosti elektrických pohon4 umož6uje 3azení p3evodových stup64 bez pot3eby synchroniza1ního za3ízení, synchronizace je provád2na elektronicky. Tato p3evodovka m4že využívat diferenciál s vektorováním to1ivého momentu mezi kola, což zvyšuje její ú1innost a zlepšuje dynamické 3ízení vozidla. Využití dvou motor4 v tomto konceptu HÚ, umož6uje vysoké zatížení jednotlivých motor4 s dalším možným zvýšením celkové energetické ú1innosti v závislosti na charakteristice motoru.

P3evodové ústrojí m4žeme charakterizovat devíti r4znými provozními stavy.

M4žeme mít v záb2ru pouze první, druhý, t3etí a 1tvrtý p3evodový stupe6, nebo první a druhý, druhý a t3etí, t3etí a 1tvrtý, první a 1tvrtý p3evodový stupe6 a poslední možností je neutrál.

9634BFBB 8B$%37&77B(567)'BB$675755$38B$%37&745B!;#

9634B;B1B6B537635A 47B$6<9=B57A7B87835BBA275ABB65 275AB

7A&2B$67B6<B$%377B55B!;#

5<1

Tato konfigurace p3evodovky zvyšuje rozsah provozních bod4 pro pohon elektromotorem. Nap3íklad na obrázku 9 je pro r4zné stavy HÚ vynesen teoretický pr4b2h to1ivého momentu v ustáleném stavu (jsou zanedbána úhlová zrychlení hnacích prvk4 a tím i jejich setrva1né ú1inky), p3i maximálním to1ivém momentu elektromotoru, jako funkce rychlosti vozidla. Ú1innost p3evodovky je pro zjednodušení v tomto obrázku zanedbána. Charakteristické rozložení to1ivého momentu na kola lze rozd2lit do patnácti oblastí (od A až do O) a na každou oblast m4žeme navázat r4zný po1et stav4. 5ím vyšší je po1et stav4, které mohou vytvá3et stejný to1ivý moment v závislosti na rychlosti vozidla, tím je v2tší pravd2podobnost, že dosáhneme vyšší ú1innost celého systému.

Po1et alternativních provozních stav4 HÚ je uveden v tabulce 1. Zejména pro nízkou rychlost a to1ivý moment umož6uje p3evodovka výb2r z osmi stav4 (oblast H). Ostatní oblasti také poskytují více alternativ jízdních stav4. Nap3íklad v obálce obvodové plochy D-E-F-G-H-L-N, která je dosta1ující pro normální jízdní podmínky m4žeme volit nejmén2 t3i alternativní stavy pro každý pracovní bod. Vzhledem ke konstantnímu pr4b2hu výkonu charakteristickému pro elektrický pohon m4žeme pokrýt i oblasti J, K a M n2kolika provozními stavy.

9BB6@4C,%&6

V této 1ásti popíšeme 3azení bez synchronizace realizované na modelu popisovaném výše. Uvedeme zde n2které varianty 3azení. První je zapnutí 3azení sm2rem nahoru, kdy ve výchozím stavu je za3azen na liché stran2 první a na sudé druhý p3evodový stupe6 a p3e3azujeme na t3etí a 1tvrtý. Druhým p3ípadem je vypnutí 3azení sm2rem nahoru p3i za3azeném p3evodu na obou h3ídelích. T3etí možností je zapnutí 3azení sm2rem dol4 p3i za3azeném p3evodu na obou h3ídelích. 5tvrtou variantou je vypnutí 3azení sm2rem dol4 p3i za3azeném p3evodu na obou h3ídelích. Poslední možností jsou stejné stavy jako jedna až 1ty3i se za3azenou rychlostí pouze na jedné h3ídeli. P3echody ze stavu za3azených rychlostí na obou h3ídelích do stavu, kdy je za3azeno, pouze na jedné h3ídeli jsou zvláštní variantou prvního p3ípadu. V další 1ásti se budeme zabývat analýzou první varianty a jejího ekvivalentu, kterým je p3e3azení nahoru p3i za3azení pouze na jedné stran2 HÚ.

3924BBB$735B87> B5<B$67B)3&752AB7925AB3&3BB7964B;B!;#

5O1

V podmínkách za3azeného rychlostního stupn2 spo1ítá EMS požadovaný to1ivý moment obou elektromotor4 v závislosti na aktuálním stavu HÚ a požadavku to1ivého momentu od 3idi1e. EMS prost3ednictvím po1áte1ního nastavení to1ivého momentu spo1ítá teoretický referen1ní to1ivý moment kola 123456bV,TD) jako funkci rychlosti vozidla a to1ivého momentu požadovaného 3idi1em v procentech maximálního dostupného to1ivého momentu. Maximální to1ivý moment kola je vypo1ítám z vyhledávací tabulky obsahující obálkovou k3ivku momentu z obrázku 9. Pro každý to1ivý moment kola 1₂₃₄₅₆ a rychlost vozidla V je ve vyhledávací tabulce vybrán referen1ní to1ivý moment 14563ABB3CDE pro lichý elektromotor, který m4že být nalad2n v offline režimu podle požadovaných kritérií energetické ú1innosti.

Strategie kontroly 3azení, pozice 3adících 1len4 a ovládání b2hem 3azení nahrazuje elektromotoru nároky to1ivého momentu, 14563ABB3CDE a 145635F53CDE vypo1ítá systém energetického 3ízení.

9B96%,*8,)0'.#6(D0%%!3)646',-.!3265!$%!',%&63E.!%%!3)06

Zde vysv2tlíme metody používané pro hodnocení celkové výkonnosti vozidla ve spojení s hnacím ústrojím se dv2ma motory. Výsledky porovnáváme s jedno a dvou rychlostními hnacími ústrojími s centrální pohonnou jednotkou a diferenciálem. Je zde také uvedena metodika výb2ru nejefektivn2jšího p3evodového stavu a rozd2lení to1ivého momentu mezi dv2ma elektromotory pro každý jízdní stav.

12324256789AB6CDEFD66

Zde popisujeme automatizované postupy shrnuté na obrázku 10, které byly vyvinuty pro výb2r energeticky nejúsporn2jšího provozního stavu a rozd2lení to1ivého momentu pro oba elektromotory HÚ v závislosti na rychlosti vozidla a žádaném hnacím momentu.

Pro hodnotu to1ivého momentu, rychlost vozidla, teplotní stav HÚ a provozní stav HÚ, odhadujeme hodnotu akcelerace vozidla pro analyzované stoupání silnice. Stoupání silnice v tomto 1lánku p3edpokládáme nulové. V p3ípad2 stoupání silnice lze v pr4b2hu 3ízení vozidla odhadnout postup opakování pro 3adu r4zných silni1ních stoupání, jinak lze stoupání silnice zanedbat, protože ovliv6uje pouze odhadované zrychlení vozidla a setrva1nost HÚ.

5H1

V p3ípad2 stav4 1-4 podle obrázku 9, kdy je p3evodový stupe6 za3azen pouze na lichém h3ídeli, používáme pro výpo1et p3íkonu aktivního elektromotoru mapy ú1inností HÚ a p3íslušné setrva1né ú1inky rotujících sou1ástí systému. P3íkon do hnací jednotky m4žeme vypo1ítat v1etn2 nebo vyjma ú1innosti zásobníku elektrické energie (Lithium- iontová baterie). V p3ípad2 stav4 5-8, kdy jsou v záb2ru ozubená kola na obou h3ídelích a oba elektromotory HÚ spolupracují, je nutné zavést mezeru to1ivého momentu na jednom ze dvou elektromotor4 a vypo1ítat to1ivý moment druhého elektromotoru. Tento výpo1et musíme opakovat pro každou rychlost, to1ivý moment vozidla a p3enosový stav vozidla, abychom mohli vybrat stav, kdy je ú1innost nejvyšší. V p3ípad2 velkých absolutních hodnot to1ivého momentu nebo rychlosti vozidla se m4že v n2kterých stavech stát, že systém nebude schopný generovat to1ivý moment na lichém h3ídeli pro p3i3azení k sudému h3ídeli, tím vzniknou podmínky, p3i kterých nebude vozidlo v daném stavu fungovat, a proto ho systém vy3adí z výb2ru. Poté, co jsou vypo1teny hodnoty p3íkon4 jednotlivých možných stav4 HÚ, je systémem vybrán stav s nejlepší ú1inností.

V tabulce 2 je vyneseno porovnání p3íkonu elektromotoru v jednotlivých provozních stavech pro to1ivý moment 600 Nm a je k nim p3i3azena hodnota procentuálního rozdílu do optimálního stavu vozidla. Tabulka 2 je vytvo3ena pro vozidlo kategorie A.

9634B?BB6)3&7&@3B7)7B&A68B$75B$%'47B323456A 4 B$77 B )3&7534B$67B55B0FB!;#

3924B"BB&&7B$%'47B323456787576BB$67 35'8B67&'238B&7B7$5A82'7B

5BB9725'B7&75=B$67B6<B$%377B55B!;#

581

9969&',3)7 B!3#64-4%,)!3#647)!/4)0'.#6 ",3!$!3.46 *!66

Ve srovnání s jinými typy automatických p3evodovek se automatická planetová p3evodovka vyzna1uje nižší hmotností a vyšší ú1inností, což m4žeme považovat za její výhodu. Nevýhodou se zdá být p3erušení to1ivého momentu elektromotoru p3i 3azení rychlostí a jeho op2tovnému zavedení, tento proces snižuje komfort cestujících a životnosti synchronizace.

V této kapitole si popíšeme kompaktní dvourychlostní planetovou p3evodovku bez spojky, která splní požadavky na ú1innost, výkon a jízdní vlastnosti ELM. Tato p3evodovka se skládá z dvoustup6ového planetového p3evodu se spole1ným korunovým a centrálním kolem. Pro zajišt2ní dvou p3evodových pom2r4 využíváme r4zný polom2r rozte1né kružnice na vstupní a výstupní stran2 planetového p3evodu. Uspo3ádání planetového p3evodu je z3ejmé z obrázku 11. 8azení p3evodových stup64 a zlepšení jízdních vlastností p3evodovky bez spojky pro elektrická vozidla je 3ešeno 3ídící jednotkou s pohyblivými režimy, které snižují dobu p3erušení to1ivého momentu.

Tomuto 3ešení napomáhá použití dvou t3ecích brzd, které 3ídí otá1ky centrálního a korunového kola, aby bylo dosaženo rychlé a hladké zm2ny p3evodu. Porovnáním p3evodovky se stálým p3evodovým pom2rem a dvoustup6ové, v r4zných m2stských a p3ím2stských jízdních, cyklech dostáváme výsledky ú1innosti dynamického výkonu a optimálního výb2ru p3evodového pom2ru, které hovo3í ve prosp2ch vícestup6ové p3evodovky.

9634BBB 8B '7B(567)'B1*DBB6>37B&75$A77B$23577B

$%37&747B!?#

5J1 99760%,/4)0'.#64%4-EC46

Zde jsou rozebrány kinematické rovnice a dosažitelné p3evodové pom2ry, které využijeme pro dynamické modelování navržené p3evodovky. Indexem V ozna1íme vstupní 1len, C centrální kolo, S satelity a K korunové kolo. Toto zna1ení platí pro první p3evodový stupe6 popsaný rovnicemi:

1U1EE1V1W1 1U1E1V11 X7Y1

1U1EE1V1W1 1U1E1V11 X5Y1

Eliminací podle úhlové rychlosti satelitu E a polom2ru satelitu E z rovnic (1) a (2) dostáváme kinematický vztah mezi korunovým a centrálním kolem a vstupním 1lenem:

(+) = EE +  (3)

Po zjednodušení rovnice je pom2r polom2r4 korunového  a centrálního kola 

pro první i druhý p3evodový stupe6 planetového soukolí definována jako:

 =c⁴₄^d_ef

X;  =c⁴₄^d_ef

X (4)

Z rovnice (4) je z3ejmé, že  a  jsou v2tší než 1, protože polom2r korunového kola je vždy v2tší než centrálního. B2hem procesu 3azení rychlostních stup64 má p3evodovka dva stupn2 volnosti a proto volíme jednu ze dvou zobecn2ných sou3adnic pro odvození pohybových rovnic. Zobecn2nou sou3adnicí je vybráno q= gh^', kde  a

9634B"B6727>3B+:B$723&BB793B472B$2357B$%37&745BBB5$'B23CB 9BB 3562'B 4727B 3B 532A55B $67B $6'B $%37&7B 5$3ACB BB 4767B 472CB&BB 3562'B 4727B 3B 532A55B $67B &6B $%37&7B 5$3ACB 3BB $7B 96&CB BB %'&32B 3562' B 793 B 472CB BB 5$'B 23CB BB =)@'B 97)B $67B 96&B 3562'7B 472CBABB5%3 'B

38355CB)BBA5%'B97)B$67B96&B 3562'7B472B!?#B

5L1

 jsou úhlová pooto1ení centrálního a korunového kola, proto jsou všechny úhlové rychlosti vyjád3ené jako funkce  a . Z rovnic (1 – 4) jsou rychlosti vstupního 1lenu

3#, výstupního 1lenu 3A$%, vstupních satelit4 E3# a výstupních satelit4 E3A$%

vyjád3eny v závislosti na úhlové rychlosti centrálního  a korunového kola  jako:

3# = ^aijdkje

ba_ikl ; 3A$% = ^amjdkje

ba_mkl

E3# = ^aijdje

ba_il ; E3A$% = ^amjdje

ba_ml

99B64",3!$!326 !/F*;6

1Podle rovnice (5) p3evodový pom2r vstupní rychlosti k výstupní rychlosti vyjád3it následujícím zp4sobem:

j_n3\o

j_n3pqr = ^{bamklbjekaijdl}

ba_iklbj_eka_mj_dl (6)

Podle rovnice (6) m4žeme dosáhnout t3ech r4zných p3evodových pom2r4. První m4žeme dosáhnout zastavením korunového kola (= 0):

j_n3\o

j_n3pqr = ^bamkl

ba_ikl = & (7)

Druhou možností je zastavení centrálního kola ( = 0):

j_n3\o

j_n3pqr = ^ba_ba^mklai

ikla_m = & (8)

Poslední možností je zastavení centrálního a korunového kola ( = 0; = 0)

j_n3\o

j_n3pqr = ^{bamklbjekaijdl}

ba_iklbj_eka_mj_dl = &' (9)

&_ a & uvedené v rovnicích výše m4žeme považovat za první a druhý p3evodový pom2r a &' je p3echodový p3evodový pom2r, který vzniká b2hem p3e3azení z prvního na druhý p3evodový stupe6. I když jsou p3evodové pom2ry závislé, je možné 3ešit rovnice (7) a (8) pro  a  s cílem získat požadované & a &. Obrázek 13 ukazuje dosažitelné p3evodové pom2ry &_ a &, kdy m2níme _ a  od 1 do 10.

Výsledky pro elektromotor o výkonu 75 kW ukazují, že vliv výb2ru p3evodového pom2ru na ú1innost a dynamický výkon jsou odlišné, zatím co na ú1innost velký vliv nemá na dynamický výkon je vliv p3evodového pom2ru zásadní. Vícestup6ová p3evodovka ve srovnání s jednostup6ovou, tedy výrazn2 zvýší dynamický výkon ELM.

}

K61 9996A;%4/0'.E6/!$,-65%4'&63!73)43;6

Jak je vid2t na obrázku 11 HÚ se skládá z elektromotoru, vstupní h3ídele, dvoustup6ové p3evodovky, výstupního h3ídele, rozvodovky a kol. V této 1ásti se budeme zabývat dynamickým modelem HÚ.

Elektromotor je jediným zdrojem výkonu a jeho dynamika lze vyjád3it rovnicí:

(D = ^'s_u^'t

s (10)

5len +D v rovnici (10) vyjad3uje setrva1nost, 1D elektromagnetický to1ivý moment motoru a 1_B je hnací moment motoru, který vypo1ítáme podle vztahu:

1B = .BvD w 3#x+ 0BvDw 3#x (11)

V rovnici (11) zna1í 1leny .B a 0B ekvivalentní torzní tuhost a konstantu tlumení hnacího h3ídele. 5leny D a 3# ozna1ují úhlové pooto1ení motoru a vstupního 1lenu.

Zjednodušením rovnice (11) vzhledem k 1asu a za p3edpokladu zanedbatelného tlumení má rovnice pro výpo1et hnacího momentu tvar:

1_B( y .BvDw _3#x (12)

Z d4vodu úvahy zobecn2né sou3adnice q= gh^', kde  a  jsou úhlová pooto1ení centrálního a korunového kola a zanedbání tuhosti ozubených kol, m4žeme pro

9634B+BB6B8=5B$%37&7 B$78=6<BDEBBDE"BBA275ABB8==BEBBE"B

!?#

K71

odvození dynamické rovnice dvoustup6ové p3evodovky použít princip virtuálních prací.

Vztah pro princip virtuálních prací pro m všeobecných sou3adnic 93 je následující:

z^Q3‚{2₃^455637w_B^B_rc_|~(^|}_f €_|~^|}_893 = 0 (13)

5len L=T-V p3edstavuje Lagrangeovu funkci, kde T a V zna1í celkovou kinetickou a potenciální energii systému. 2₃^455637 a 893 jsou nekonzervativní aplikované momenty a virtuální posunutí. Tím, že uvažujeme t2žišt2 soustavy jako referen1ní bod pro gravita1ní energii a všechny mechanické 1ásti p3evodovky jako tuhé, z4stává celková potenciální energie soustavy konstantní (V=0). Kinetická energie systému se skládá z kinetické energie vstupního a výstupního 1lenu, centrálního a korunového kola, 1ty3ech vstupních a výstupních satelit4 podle rovnice:

ƒ„^:3#_3# €^:3A$%_3A$% €^:_€…c^:E3#_E3# €

€^*E3#_3# _3# f€^:_€…c^:E3A$%_E3A$% €^*E3A$%3A$% 3A$% f

V rovnici (14) :3#, :3A$%, :, :, :E3# a :E3A$% ozna1ují momenty setrva1nosti vstupního a výstupního 1lenu, centrálního a korunového kola, vstupních a výstupních satelit4, *E3# a *E3A$% jsou hmotnosti vstupních a výstupních satelit4. Z hlediska zobecn2né sou3adnice zavedené výše, m4žeme kinetickou energii psát jako:

ƒ„^v:3#€ …*E3#_3# x c^jemkaim_ba^jdm_ikl^ka_m^ijejdf€^v:3A$%€

€…*E3A$%3A$% x c^jemkamm_ba^jdm_mkl^ka_m^mjejdf€…†^:E3#c^jemkaim_ba^jdm_il^a_m^ijejdf‡ €^:_ €

€… †^:E3#c^jemkamm_ba^jdmamjejd

ml^m f‡€^:_

P3i použití principu virtuálních prací podle rovnice (13) m4žeme pohybové rovnice pro dv2 zobecn2né sou3adnice q= g_h^' napsat jako:

(_=^

4v1>^ˆw 1_>^‰w _=_^ˆ€ _=_^‰€ M1_Bw 1_A€ 1_6^ˆw 1_6^‰x

(=^

4v1>^Šw 1_>^‰€ =_^‰w =^Š€ ‹1Bw Œ1A€ 16^Šw 1_6^‰x V rovnici (16) koeficienty =,=, 16 a 16 ozna1ují viskózní a Coulombovo t3ení v p3evodovce získané experimentáln2 a 1A je výstupní to1ivý moment p3evodovky.

(14)

(15)

(16)

{

K51

Brzdný moment centrálního a korunového kola je ozna1en jako 1> a 1>. Brzda, která brzdí výstupní centrální kolo, je navržena jako vícelamelová t3ecí. Vztah mezi normálnou silou p4sobící na lamely brzdy a výsledným to1ivým momentem je:

1> = -?>/>F c_Lf ^a_a^pŽa\Ž

pma_\^m G-Fb); /> A 0 (17)

Koeficient t3ení mezi deskami je v rovnici výše ozna1en jako ?>. Sou1initel />

je zde normálná t3ecí síla p4sobící na lamely a F je po1et lamel. Vnit3ní a vn2jší polom2ry brzdy jsou # a A. Brzda korunového kola je navržena jako pásová a vztah mezi normálnou silou p4sobící na pás a výsledným to1ivým momentem je ve tvaru:

1> = -/>@v‹^‘’‘ w “x;  A 0, /> A 0 1> = />@v‹^‘’‘ w “x;  A 0, /> A 0

Síla p4sobící na pás je v rovnici (18) ozna1ena />, @ je polom2r bubnu, ?@ je koeficinet t3ení mezi bubnem a pásem a @ je úhel opásání. P3i kladném sm2ru otá1ení pásová brzda dodává energii. Abychom zabránily nežádoucím ztrátám v brzdách jsou ob2 navrženy jako suché. Obrázek 14 ukazuje jak se zabrzd2ním brzd m2ní tok energie p3evodovkou a tím pádem p3evodový pom2r.

{

9634B/BB 8B574B47B&75$A77B$23577B$%37&747B!?#

KK1

9G6,.3,%D%&647)!/4)0C!34%#6 ",3!$!3.46 *!66

Toto 3ešení nás m4že zajímat z hlediska využití výhod jak manuální tak i automatické p3evodovky. Nabízí vysokou ú1innost, nízkou hmotnost a nižší náklady na výrobu, což jsou výhody, které si bere z manuální p3evodovky a plynulé a pohodlné 3azení automatické p3evodovky. Mezi nevýhody manuální automatizované p3evodovky m4žeme za3adit: trhání p3i 3azení, nadm2rné opot3ebení lamel spojky a p3erušení to1ivého momentu b2hem 3azení. Automatizovanou manuální p3evodovku m4žeme pro ELM využít z více d4vod4. Prvním d4vodem je nižší setrva1nost elektromotoru oproti b2žnému SM a vynikající schopnost 3ízení motoru p3i nízkých otá1kách. Druhým d4vodem je snadné 3ízení otá1ek motoru elektronickou 3ídící jednotkou, kdy m4žeme dosáhnout synchronních otá1ek h3ídele na výstupu z motoru a h3ídele p3evodovky, po této synchronizaci lze p3e3adit a odpadá použití spojky. 8azení bez spojky však odebírá výkon motoru a vyžaduje možnost rychlého p3epínání režim4 motoru mezi výstupem to1ivého momentu, regulací otá1ek a volnob2žným režimem. Tento zp4sob 3azení také vyžaduje velmi p3esnou regulaci otá1ek, odstran2ní synchronizace z p3evodovky se nedoporu1uje.

D4vodem je možné poškození p3evodovky.

V ovládání této p3evodovky je jedním z nejvýznamn2jších hledisek kvalita 3azení, která je ur1ena 1asem pot3ebným k p3e3azení. P3i 3azení se do1asn2 p3eruší hnací moment motoru, což zp4sobuje zhoršení jízdního komfortu. Proto je d4ležité zkrátit 1as, kdy je to1ivý moment z d4vodu 3azení p3evodových stup64 p3erušený, na co možná nejkratší. 5as na synchronizaci otá1ek p3edstavuje tém23 50% celkového 1asu p3i 3azení rychlostních stup64. Proto je zapot3ebí vysoce p3esná regulace otá1ek elektromotoru s cílem zkvalitn2ní 3azení p3evodových stup64. Dalších 40% z celkového 1asu na 3azení zabere rozpojení p3evodu volba p3evodového stupn2 a následné za3azení. Na obrázku 15 m4žeme vid2t schématické uspo3ádání sekven1ní p3evodovky pro ELM. [11]

9634B0B1B 8B '7B(567)'B3B343'B5785A77B$%37&747B!#

K<1

69H64",3!$!3.;636,-,.)*0'.E'563!C0$-,'563!7D43%!3)06

Vozidla s elektrickým pohonem, která se vyrábí v sou1asné dob2, jak již bylo 3e1eno v úvodu, využívají v2tšinou jednostup6ovou p3evodovku se stálým p3evodem.

8azení zpáte1ky v ELM odpadá, protože se využívá zm2ny otá1ek elektromotoru p3epólováním statoru. Z d4vodu zvyšování poptávky po ELM, automobilky intenzivn2 pracují na jejich vývoji. Sou1asným trendem z d4vodu zvyšování ú1innosti HÚ, dojezdu vozidla a zlepšování jeho dynamických parametr4 je vývoj HÚ s vícestup6ovou p3evodovkou. V tabulce 3 je uveden základní p3ehled ELM, které jsou dnes na trhu.

3924B+BB$%323&B569= B3234567879A2<B

$!#%&#C

#'(C

)&!CC

#'(C

"%)C

 !"C

* +C * +(C

,--C

! ./001C

/23"C 3"* 4#C 2(C 4#"  C

4#"  C

"/C

&##"#C 4#" 1C +. $+C

!#4"1C

!#C 567C

-C

8&9:C 8;:C <C <C 8&=2:C 8&92=>66C

&:C 8&?:C <C 8&92:C 8&:C 82+:C

2Z15[B.1

\75]1 JO1 5861 71671 K+H7*71 7<61 75+81 K7J1 %QB1 KO+J1 7L61 761 E#Z1K1

\7K]1 8O1 5O61 71671 L+8*71 7O61 75+L1 5K61 %QB1 KK1 7L61 J1

#1E51 E5O651

\7<]1

7K51 K<61 71671 L+8K*71 7H61 7H+H1 Q1 %QB1 5J1 5661 L1

@5871

2B51\7O]1 HO1 5561 71671 L+K5*71 7KO1 7<+H1 5L61 %QB1 <K1 5761 L1

>661

%5.1\7H]1 J61 5O<1 71671 8+LK8*71 7<<1 7O1 5LO1 %QB1 K61 5O61 7O1

561

#BF5131 I766&1\78]1

<<<1 LH81 71671 L+8K*71 5<L1 7J+71 O<61 %QB1 7661 H7K1 5O1

"13B81

D21\7J]1 J7+<1 5JO1 E5671

5F8)31 Q1 7<O1 7<+81 58<+O1 %QB1 581 5751 7<1

^1 FB13 53151D68C155612+1519B8!7313 543167451

^^1 45BC19E5CBFBC19B119E5CBFBC1

Z tabulky 3 vyplývají pro elektrická vozidla ve srovnání s vozidly se spalovacím motorem dv2 omezení, jedním z nich je nízká dojezdová vzdálenost a druhým velmi dlouhá doba nabíjení, pokud nepoužijeme stanici pro rychlé dobití akumulátor4. Ovšem i použití t2chto stanic je ve srovnání s natankováním nádrže pomalejší. S problematikou malého dojezdu se nejlépe vypo3ádá Tesla Model S ve své vrcholné verzi, který p3i normálních provozních podmínkách slibuje dojezdovou vzdálenost p3es 600 km, bez rychlonabíjecí stanice je však doba nabití delší než 1 den. Nevýhodou tohoto ELM ve srovnání s ostatními je také vysoká po3izovací cena. Nejkratší dobu nabíjení kolem 8 hod slibuje VW eGolf. Ostatní ELM v tabulce jsou srovnatelných parametr4.